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谷氨酸發(fā)酵ppt課件-wenkub.com

2025-01-12 12:28 本頁(yè)面
   

【正文】 發(fā)酵過(guò)程中還要根據(jù)菌體形態(tài)、產(chǎn)酸、 OD值、耗糖等變化情況,確定是否補(bǔ)加、補(bǔ)加的時(shí)間與濃度。因?yàn)榍嗝顾氐慕Y(jié)構(gòu)與谷氨酸產(chǎn)生菌所特有的糖肽 DAlaDAla末端結(jié)構(gòu)相似,因而它取代合成糖肽的底物而與酶活性中心結(jié)合,使五肽末端丙氨酸不能被轉(zhuǎn)肽酶移去,因此交聯(lián)不能形成,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接不起來(lái),結(jié)果造成不完全的細(xì)胞壁,使細(xì)胞壁處于無(wú)保護(hù)狀態(tài),又由于膜內(nèi)外滲透壓差,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞膜物理?yè)p傷,增大了谷氨酸向胞外滲透性。因此,發(fā)酵工藝在發(fā)酵期間僅需控制溫度,而不需添加表面活性劑等化學(xué)物質(zhì),就能在富含生物素的天然培養(yǎng)基中高產(chǎn)谷氨酸。轉(zhuǎn)換時(shí)間不同,產(chǎn)酸顯著變化。 ① 作用機(jī)制:溫度敏感突變株的突變位置是發(fā)生在與谷氨酸分泌有密切關(guān)系的細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)基因上,發(fā)生堿基的轉(zhuǎn)換或顛換,這樣為基因所指導(dǎo)釋出的酶,在高溫時(shí)失活,導(dǎo)致細(xì)胞膜某些結(jié)構(gòu)的改變。 只有控制甘油亞適量時(shí),開(kāi)始菌體正常生長(zhǎng),當(dāng)甘油耗盡以后,通過(guò)再度增殖,細(xì)菌變形,細(xì)胞磷脂含量降為親株的50%以下 (見(jiàn)表 22),從而破壞了細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的滲透障礙,使谷氨酸向膜外滲透。 ① 作用機(jī)制:甘油缺陷突變株的遺傳阻礙是喪失 L甘油 3磷酸 : NADP氧化還原酶,所以自身不能合成 α磷酸甘油和磷脂,必須由外界供給甘油才能生長(zhǎng)。故油酸含量的多少,直接影響到磷脂合成量的多少和細(xì)胞膜的通透性;通過(guò)控制油酸亞適量,使磷脂合成量減少到正常量的 1/2左右時(shí),細(xì)胞變形,谷氨酸分泌于細(xì)胞外。例如,以糖蜜為原料,采用高生物素、添加吐溫工藝,一般于發(fā)酵對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的早期 (4~ 6h),添加 %吐溫 60,之后 OD值與菌體重約凈增一倍。 (2) 添加表面活性劑 如吐溫 60或飽和脂肪酸 (C16~ C18)使用生物素過(guò)量的原料 (如糖蜜等 )發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時(shí),通過(guò)添加表面活性劑 (如吐溫 60)或是高級(jí)飽和脂肪酸 (C16~ C18)及其親水聚醇酯類,同樣能清除滲透障礙物,大量積累谷氨酸。后期常出現(xiàn)類似花生狀的有橫隔膜的多節(jié)細(xì)胞;倘若生物素過(guò)剩,就會(huì)只長(zhǎng)菌而不產(chǎn)酸或產(chǎn)酸低。 ① 作用機(jī)制:生物素作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰 CoA羧化酶的輔酶,參與了脂肪酸的合成,進(jìn)而影響磷脂的合成。另一類是通過(guò)控制細(xì)胞壁的合成間接控制細(xì)胞膜通透性。 圖 26 磷脂的分子結(jié)構(gòu) 細(xì)胞膜是一個(gè)選擇性半滲透性膜,它的重要生理功能是控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運(yùn)送和交換,是細(xì)胞同外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和信息交流的接觸面。 細(xì)胞膜的脂質(zhì)主要是磷脂,每一個(gè)磷脂分子由一個(gè)帶正電荷且能溶于水的極性頭和一個(gè)不帶電荷、不溶于水的非極性尾所構(gòu)成 (圖 26)。 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu) 要控制細(xì)胞膜的滲透性;首先要了解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。生成的谷氨酸也不通過(guò)轉(zhuǎn)氨作用生成其它氨基酸和合成蛋白質(zhì)。異檸檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏,被乙酸所誘導(dǎo)。 生物素對(duì)糖代謝的調(diào)節(jié) 生物素對(duì)糖代謝速率的影響 生物素對(duì)糖代謝的影響,主要是影響糖酵解的速率,而不是影響 EMP與 HMP途徑的比率??梢?jiàn)能荷值在 0和 1之間變動(dòng)。糖代謝最重要的生理功能是以 ATP的形式供給能量,在葡萄糖氧化過(guò)程中,中間產(chǎn)物積累或減少時(shí),會(huì)引起能荷的變化,造成代謝終產(chǎn)物 ATP的過(guò)?;驕p少,這些中間產(chǎn)物和腺嘌呤核苷酸 (ATP、 ADP、 AMP)通過(guò)抑制或激活糖代謝各階段關(guān)鍵酶活性來(lái)調(diào)節(jié)能量的生成。天冬氨酸合成過(guò)量后,天冬氨酸反饋抑制和反饋?zhàn)瓒袅姿嵯┐际奖狒然傅幕盍?,停止草酰乙酸的合成。?xì)胞內(nèi) α酮戊二酸的量與異檸檬酸的量需維持平衡,當(dāng) α酮戊二酸過(guò)量時(shí)對(duì)異檸檬酸脫氫酶發(fā)生反饋抑制作用,停止合成 α酮戊二酸。 α酮戊二酸合成后由于 α酮戊二酸脫氫酶活性微弱,谷氨酸脫氫酶的活力很強(qiáng),故優(yōu)先合成谷氨酸。 優(yōu)先合成與反饋調(diào)節(jié) 黃色短桿菌的谷氨酸代謝調(diào)節(jié)機(jī)制如圖23所示,以它為例說(shuō)明以葡萄糖為原料生物合成谷氨酸主要存在的代謝調(diào)節(jié)方式。 谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 谷氨酸產(chǎn)生菌大多為生物素缺陷型,谷氨酸發(fā)酵時(shí)通??刂粕锼貋嗊m量,引起代謝失調(diào),使谷氨酸得以積累。 倘若固定反應(yīng)完全不起作用,丙酮酸在丙酮酸脫氫酶的催化作用下脫氫脫羧全部氧化成乙酰 CoA,通過(guò)乙醛酸循環(huán) (異檸檬酸裂解生成琥珀酸和乙醛酸 )供給四碳二羧酸 (琥珀酸 ),反應(yīng)如下: C6H12O6 + NH3+ → C5H9O4N+4CO2+6H2O 即 1mol谷氨酸,理論糖酸轉(zhuǎn)化率只有 %[147/( 180) 100%=%]。谷氨酸產(chǎn)生菌通過(guò)乙醛酸循環(huán)途徑進(jìn)行代謝,提供四碳二羧酸及菌體合成所需的中間產(chǎn)物等。還可通過(guò)添加表面活性劑、高級(jí)飽和脂肪酸或青霉素等控制細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的通透性。由于谷氨酸產(chǎn)生菌的谷氨酸脫氫酶比其它微生物強(qiáng)大得多,所以由三羧酸循環(huán)所得的檸檬酸的氧化中間物 α酮戊二酸就不再往下氧化,而以谷氨酸的形式積累起來(lái)。該酶以 NADP+為專一性輔酶,谷氨酸發(fā)酵的氨同化過(guò)程,是通過(guò)連接 NADP+的 L谷氨酸脫氫酶催化完成的。尤其在生物素缺乏條件下,三羧酸循環(huán)到達(dá) α酮戊二酸時(shí),即受到阻擋。
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